Institut des
NanoSciences de Paris
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Soutenance de thèse de Lise Picaut - Lundi 9 octobre 2017 à 14 h

Lise Picaut, doctorante dans léquipe Mécanique multi-échelles des solides faibles, soutient sa thèse le lundi 9 octobre 2017 à 14 h UPMC - 4 place Jussieu - 75005 Paris - Amphithéâtre Charpak (R-d-C, barre 22-23).

Synthèse d’un tendon artificiel

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Extrusion d’une solution dense de collagène (gauche) présentant une instabilité hélicoïdale (pointillés bleu). Image en lumière polarisée du fil résultant (droite), où fibrilles de collagènes sont organisées en hélice comme celles présentes dans le tendon. Barres d’échelle : 200µm

Résumé

Le tendon est un tissu conjonctif fibreux qui transmet les forces du muscle à l’os. Il a une structure hiérarchique formée de faisceaux et de fibrilles de collagène de type I orientées parallèlement à son axe. Leurs propriétés structurales confèrent aux tendons une flexibilité et une résistance à la traction élevées. Cependant, soumis à des sollicitations répétées, les tendons peuvent se déchirer et même rompre, ce qui peut rendre nécessaire une intervention chirurgicale. Plusieurs stratégies sont en cours de développement comme les autogreffes, les tendons décellularisés ou les fibres synthétiques tressées. Cependant, aucun de ces matériaux ne répond parfaitement au cahier des charges de l’ingénierie tissulaire (cytocompatibilitité, propriétés mécaniques etc). L’objectif de cette thèse est donc de produire par extrusion et dans des conditions physiologiques une matrice de collagène qui imite le tendon. Tout d’abord, nous avons étudié les instabilités d’extrusion d’un système modèle (alginate de sodium), choisi pour ses propriétés rhéologiques proches du collagène. A partir de cette étude, nous avons ensuite produit des fils de collagène dense ou de mélanges collagène/alginate de diamètre de l’ordre de 500 μm conduisant à l’obtention de structures alignées selon l’axe du fil. Les conditions physico-chimiques ont été sélectionnées afin d’obtenir des fils homogènes avec les meilleures propriétés mécaniques. Enfin, ces fils ont été mis in vitro en contact avec des cellules souches mésenchymateuses. Celles-ci colonisent nos matrices et expriment les différents gènes caractéristiques du tendon, ce qui suggère qu’elles se différencient en cellules tendineuses.

Abstract

Tendon is a fibrous connective tissue, which transmits forces from muscle to bone. It is mainly composed of collagen I fibrils and fascicles aligned along its axis. Moreover, collagen fascicles exhibit a helical “crimp” which acts as a natural shock-absorber and may play a role in elastic recoil. Due to this hierarchical structure, tendons present both flexibility and a high tensile strength over a wide load range. When an injured tendon is severely ruptured, a heavy surgical procedure is required. To overcome this issue, several strategies have already been developed as autografts, decellularized tendons, braided synthetic fibers. However, none of these materials fully meets chemical, mechanical and cytocompatibility requirements. The aim of this thesis is to produce a collagen matrix which mimics tendon by extrusion under physiological conditions. First, using alginate solutions as a model system for their similar rheological properties, we performed an extensive study of the helical extrusion instability which hinders the formation of regular threads. Based on this work, we then produced micrometric threads of dense collagen or mixtures of collagen and alginate which exhibit structures aligned along the thread axis. The physico-chemical conditions are chosen in order to obtain homogeneous threads with optimized mechanical properties. Finally, mesenchymal stem cells are seeded in vitro on collagen based threads. They colonize our matrices and express characteristic genes which suggests that they differentiate into tendon-like cells.

Jury

  • Cécile Dreiss-Ayako (IPS, King’s College London) Rapportrice
  • Charlotte Vendrely (ERRMECe, Université de Cergy Pontoise) Rapportrice
  • Dominique Hourdet (SIMM, UPMC) Examinateur
  • Sophie Asnacios (MSC, Université Paris Diderot) Examinatrice
  • Fabien Le Grand (Institut de Myologie, CNRS) Examinateur
  • Tristan Baumberger (INSP, UPMC) Directeur de thèse
  • Gervaise Mosser (LCMCP, UPMC) Directrice de thèse